JP5579273B2 - 分波装置、合波装置および中継装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のエリアから到来する信号を同時に分波する分波装置に関する。

従来、マルチレート対応のディジタル合波装置およびディジタル分波装置では、サブフィルタおよびフーリエ変換（または高速フーリエ変換：ＦＦＴ）手段を組み合わせることにより、多様な帯域幅の信号のディジタル分波、ディジタル合波が可能である。このような、マルチレート対応のディジタル合波装置やディジタル分波装置に関する技術が、下記特許文献１および下記非特許文献１において開示されている。

特許第２７３８３８５号公報

山下史洋、風間宏志、中須賀好典著 「衛星搭載用帯域幅可変ＦＦＴフィルタバンクの提案と基本動作特性」 電子情報通信学会論文誌 Ｂ Ｖｏｌ．Ｊ８５−Ｂ Ｎｏ．１２ ｐｐ．２２９０−２２９９ ２００２年１２月

しかしながら、上記従来の技術によれば、フーリエ変換（または高速フーリエ変換）回路は、全システム帯域を対象に処理を行うため、分波／合波の処理対象の帯域が全システム帯域の一部であっても、動作原理上、回路の一部だけを動作させることが出来ない。そのため、分波／合波の処理対象帯域が全システム帯域の一部であっても回路規模を低減することができない、という問題があった。

特に、複数のエリアからの信号を分波→スイッチング→合波する場合に、複数のエリアへ中継する無線システムに従来技術を適用すると、分波／合波の処理対象の帯域が全システム帯域の一部であっても、エリア数だけ回路を確保する必要があり、回路規模がエリア数に比例して増加する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のエリアからの信号を中継する場合に、回路規模を低減することが可能な分波／合波装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信信号を２^N波（Ｎは１以上の自然数）に分波する分波装置であって、１つ以上の受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換した後の各信号を入力し、信号の出力先を制御するための制御信号に基づいて、各入力信号に対して、当該入力信号の出力先および信号の帯域幅に応じて周波数変換処理およびダウンサンプリング処理を行い、当該制御信号によって指定された出力先へ各入力信号を出力する分波信号選択配信手段と、前記分波信号選択配信手段通過後の信号に対して所望の帯域を通過させるための周波数変換処理およびローパスフィルタ処理を行い、さらに、ダウンサンプリング処理を行ってサンプリングレートを入力信号のデータ速度の半分にして出力する周波数変換受信ローパスフィルタ手段、を２^N+1−２個備え、当該周波数変換受信ローパスフィルタ手段をＮ段構成にしたツリー型に配置し、Ｍ段目（１≦Ｍ≦Ｎ）に配置された２^M個の各周波数変換受信ローパスフィルタ手段の出力信号を２分割して、それぞれ異なる次段の２つの周波数変換受信ローパスフィルタ手段へ入力する構成とした受信ローパスフィルタ群と、前記制御信号に基づいて、次段の周波数変換受信ローパスフィルタ手段へ出力する信号の入力元を、前記分波信号選択配信手段、または、前段の周波数変換受信ローパスフィルタ手段のいずれかへ切り替えるセレクタ手段、を複数備え、前記制御信号によって指定された出力先である周波数変換受信ローパスフィルタ手段を次段とするセレクタ手段が、信号の入力先を前記分波信号選択配信手段に切り替えるセレクタ手段群と、前記周波数変換受信ローパスフィルタ手段からの信号を所望の周波数特性で波形整形して出力する受信チャンネルフィルタ手段、を２^N個備え、Ｎ段目の２^N個の周波数変換受信ローパスフィルタ手段と１対１で接続するように配置した受信チャンネルフィルタ群と、前記１つ以上の受信信号から推定されたチャンネル情報に基づいて、前記分波信号選択配信手段に入力された信号の出力先となる周波数変換受信ローパスフィルタ手段を決定し、当該入力信号が当該周波数変換受信ローパスフィルタ手段へ出力されるように前記分波信号選択配信手段および前記セレクタ手段群を制御するための前記制御信号を生成するフィルタバンク制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数のエリアからの信号を中継する場合において回路規模を低減することができる、という効果を奏する。

図１は、ディジタル分波装置の構成例を示す図である。 図２は、分波信号選択配信部の構成例を示す図である。 図３は、周波数変換受信ローパスフィルタ部の構成例を示す図である。 図４は、周波数変換受信ローパスフィルタ部の処理を示す図である。 図５は、周波数軸上における２分波処理を示す図である。 図６は、受信チャンネルフィルタ部の周波数特性を示す図である。 図７は、ディジタル合波装置の構成例を示す図である。 図８は、合波信号選択配信部の構成例を示す図である。 図９は、送信ローパスフィルタ周波数変換部の構成例を示す図である。 図１０は、送信ローパスフィルタ周波数変換部の処理を示す図である。 図１１は、周波数軸上における２合波処理を示す図である。 図１２は、分波／合波処理を示す図である。 図１３は、各周波数変換受信ローパスフィルタ部の抽出対象領域を示す図である。 図１４は、各送信ローパスフィルタ周波数変換部と各加算器の合波対象領域を示す図である。 図１５は、複数エリア間中継時の分波処理を示す図である。 図１６は、複数エリア間中継時の合波処理を示す図である。

以下に、本発明にかかる分波／合波装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
本実施の形態では、回路規模を低減することが可能な分波装置、合波装置、および分波装置、合波装置を備えた中継装置について説明する。

図１は、本実施の形態にかかるディジタル分波装置の構成例を示す図である。ディジタル分波装置は、最大４つのエリアからの信号（♯１，♯２，♯３，♯４）を受信し、同時に分波することが可能である。また、ディジタル分波装置は３ステージの構成である。ステージ数をｓｔａｇｅ（＝１，２，３，…）とすると、最大分波数は、「２^stage」で表せるが、図１の構成では、ｓｔａｇｅ＝３のため、最大８（＝２³）波の分波を実現する。本実施の形態では、４つのエリアから信号を受信する場合について説明するが、エリア数は４つ以外であっても適用可能である。また、ｓｔａｇｅ＝３の場合について説明するが、ｓｔａｇｅ＝４以上の場合においても適用可能である。

図１において、ディジタル分波装置は、エリア♯１からの受信分波前信号に対してアナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換部１１−１と、エリア♯２からの受信分波前信号に対してアナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換部１１−２と、エリア♯３からの受信分波前信号に対してアナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換部１１−３と、エリア♯４からの受信分波前信号に対してアナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換部１１−４と、Ａ／Ｄ変換後の信号を分波するディジタル分波部１２と、受信チャンネル情報に基づいて各構成の動作を制御するフィルタバンク制御部１３と、クロック制御信号に基づいて各構成へクロックを供給する受信クロック供給部１４と、入力した信号の一部または全部を選択し、周波数方向の並びを替えて出力する非再生系スイッチマトリックス部１５と、分波過程の信号から再生中継用の信号を選択するセレクタ部１６と、再生中継用の信号の復調・復号処理を行う復調復号部１７と、設定された経路で復調・復号データを出力する再生系スイッチマトリックス部１８と、を備える。

ディジタル分波部１２は、各エリアからの信号（♯１，♯２，♯３，♯４）を必要に応じて、周波数変換や間引き処理を実施した上で選択し、後段の回路に配信する分波信号選択配信部１３０と、周波数変換およびローパスフィルタ処理を施した後、そのサンプリングレートを入力データ速度の半分にしてから出力する周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１〜１１４と、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０７〜１１４からの出力信号に対してフィルタ処理を行う受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８と、全システム帯域を分波するパスと、途中からの入力パスとの切り替えを行うセレクタ部１３１〜１３６と、を備える。図１では省略しているが、セレクタ部１３１〜１３６にもフィルタバンク制御部１３からの制御信号が入力されているものとする。

信号を２^N波（Ｎ＝ｓｔａｇｅ数：Ｎは１以上の自然数）に分波する場合、図１に示すトーナメント（ツリー）形式では、周波数変換受信ローパスフィルタ部の数は、Ｍ段目（１≦Ｍ≦Ｎ）には２^M個必要であり、ディジタル分波部１２全体で２^N+1−２個必要となる。また、受信チャンネルフィルタ部は、ディジタル分波部１２全体で２^N個必要となる。なお、一例として、セレクタ部１３１〜１３６を、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１〜１０６の前に配置する構成としているが、これに限定するものではなく、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０７〜１１４の前に配置することも可能である。

図２は、分波信号選択配信部１３０の構成例を示す図である。分波信号選択配信部１３０は、エリア♯１からの信号を周波数変換する周波数変換部４０１と、エリア♯２からの信号を周波数変換する周波数変換部４０２と、エリア♯３からの信号を周波数変換する周波数変換部４０３と、エリア♯４からの信号を周波数変換する周波数変換部４０４と、フィルタバンク制御部１３から入力される制御信号に基づいて、周波数変換後の各エリア信号（♯１，♯２，♯３，♯４）を必要に応じて所定の出力ポート（計４箇所）に振り分ける信号選択スイッチ部４０５と、入力サンプリング速度を１／２に間引いて出力する１／２間引きフィルタ部４０６、４０７と、フィルタバンク制御部１３から入力される制御信号に基づいて、前記１／２間引きフィルタ部４０６、４０７の出力と信号選択スイッチ部４０５の出力を選択し、出力ポートａ，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４のいずれかから１以上の信号を出力する分波部配信用スイッチ部４０８と、を備える。

フィルタバンク制御部１３は、受信チャンネル情報に基づいて、受信クロック供給部１４に対する各構成へのクロックの供給を制御するためのクロック制御信号、非再生系スイッチマトリックス部１５に対する経路を設定する経路設定信号、および、分波信号選択配信部１３０、セレクタ部１３１〜１３６に対する経路の選択および切り替えを行うための制御信号を生成する。

本実施の形態では、ディジタル分波装置と後述するディジタル合波装置を組み合わせることで、複数のエリアから入力した信号を複数のエリアへ出力することを可能とするが、どのエリアから入力した信号をどのエリアへ出力するかは、あらかじめ決められている。また、前記受信チャンネル情報には、どのエリアから入力した信号がどのエリアへ出力されるかを示す情報が含まれている。そのため、トーナメント（ツリー）形式の構成をとるディジタル分波部１２内で、あるエリアから入力した信号が、どのような経路を通過するか（分波信号選択配信部１３０がどの周波数変換受信ローパスフィルタ部へ信号を出力するか）を特定できるので、フィルタバンク制御部１３が、制御信号によって各信号の流れを制御することができる。

例えば、フィルタバンク制御部１３は、受信チャンネル情報に基づいて、分波信号選択配信部１３０が信号を出力する周波数変換受信ローパスフィルタ部を決定し、信号が当該周波数変換受信ローパスフィルタ部を通過するように、分波信号選択配信部１３０およびセレクタ部１３１〜１３６の経路を制御することができる。

図３は、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１〜１１４の構成例を示す図である。フィルタのタップ数を１９タップとした場合の構成である。周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１〜１１４は、周波数変換部２１と、ローパスフィルタ部（同相側）２２と、ローパスフィルタ部（直交側）２３と、ローパスフィルタ部２２、２３の出力データを１／２に間引く（＝データを２回に１回の割合で間引いて、残りは廃棄する）ダウンサンプラ部２４と、を備える。なお、本受信ローパスフィルタ部は、回路規模（乗算器の数）を少なくするハーフバンドフィルタで構成しても良い。周波数変換部２１は、ローカル信号生成部２１１と、複素乗算部２１２を備え、外部設定によって任意の(自由な)周波数オフセットを実現する。ローパスフィルタ部（同相側）２２は、レジスタ部２２１〜２３９を備えるシフトレジスタ部２５２と、乗算器２４０〜２５０と、実数加算部２５１と、を備える。なお、ローパスフィルタ部（直交側）２３の構成は、ローパスフィルタ部（同相側）２２と同様の構成である。

ここで、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１〜１１４の処理について説明する。図４は、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１〜１１４の処理を示す図である。周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１〜１１４は、サンプリング速度ｆ_sampでサンプリングされた入力信号帯域（帯域幅ｆ_samp）の一部を、中心周波数ゼロにダウンコンバートしながら、ローパスフィルタで抽出する。

例えば、図４（１）に示すように、入力信号帯域に３つの信号スペクトラム（♯０、不要波、♯１）が存在し、この内の信号♯０、あるいは信号♯１を抽出する場合、周波数変換部２１は（±０．１２５ｆ_samp）のいずれかにオフセットする。ここで、ｆ_sampはサンプリング周波数である。

周波数変換部２１は、周波数を−０．１２５ｆ_sampシフトすることで、信号♯０の中心周波数をゼロに周波数変換する（図４（２）♯０）。同様に、周波数を＋０．１２５ｆ_sampシフトすることで、信号♯１を中心周波数０に周波数変換する。周波数変換部２１は、上記２つのいずれかの周波数変換を行う。

ローパスフィルタ部２２、２３は、上記処理によって中心周波数０（ＤＣ）に周波数変換した信号を通過させ、少なくとも０．２５ｆ_samp〜０．７５ｆ_sampの領域の信号成分の一部を除去する（図４（３）：信号♯０をＤＣに変換時）。

ダウンサンプラ部２４は、ローパスフィルタ部２２、２３通過後のデータを１／２に間引くため、間引く前の信号の０．５ｆ_samp〜１．０ｆ_sampの領域の周波数成分が、０．０ｆ_samp〜０．５ｆ_sampの領域の周波数成分に被るが、事前にローパスフィルタ部２２、２３で０．２５ｆ_samp〜０．７５ｆ_sampの領域の信号成分を除去しているため、抽出対象の信号帯域にエイリアス成分が被り、Ｓ／Ｎを劣化させることはない（図４（４））。図４（２）〜（４）は、信号♯０をＤＣに周波数変換後、抽出する過程を示したが、周波数変換部２１が、信号♯１を中心周波数０に周波数変換することで、同様に信号♯１をＤＣに周波数変換後、抽出できる。

図５は、周波数軸上における２分波処理を示す図である。…→ローパスフィルタ→ダウンサンプル→周波数変換→…、の流れを示すものである。本実施の形態の分波処理では、このような「周波数変換→ローパスフィルタ→ダウンサンプル→周波数変換→ローパスフィルタ→ダウンサンプル…」の処理を、ダウンサンプル後のサンプリング速度が、そのシステムにおける最小信号帯域幅（帯域幅Ｂｗ）が収まる最小チャンネル幅（Ｆｃ）の２倍になるまで繰り返す。その過程で、帯域幅の広い信号（２Ｂｗ、３Ｂｗ、４Ｂｗ、…）は、複数の信号に分解されることになるが構わない。１回（１サイクル）の分波処理そのものは既存の方法と同等のため、詳細な説明は省略する。

つぎに、受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８は、最終段の周波数変換受信ローパスフィルタ部１０７〜１１４から出力される信号を、図６に示す周波数特性によって波形整形しながら、対象とする信号だけを抽出する。

本チャンネルフィルタに要求される振幅対周波数特性（Ａ（ｆ））は、その周波数特性を中心数周波数Ｆｃから折り返した特性（Ａ（Ｆｃ−ｆ））との和が一定となる特性を有する。例えば、本チャンネルフィルタに要求される振幅対周波数特性（Ａ（ｆ））は、下記の式を満たすものである。

Ａ（ｆ）＝１．０ （ｆ≦０．５Ｂｗ） …（１）
Ａ（ｆ）＝０．０ （ｆ＞Ｆｃ−０．５Ｂｗ） …（２）
Ａ（ｆ）＋Ａ（Ｆｃ−ｆ）＝１．０ （０．５Ｂｗ＜ｆ≦Ｆｃ−０．５Ｂｗ）…（３）

また、図６に示す通りｆ＝０．５ＦｃでＡ（ｆ）＝０．５（−３．０ｄＢ）とする。

このような特性を満たすものとして、例えば、フルナイキストフィルタがあり、サンプリング速度がＦｃの２倍の関係より、本チャンネルフィルタは、回路規模が小さなハーフバンドフィルタで構成することができる。

上記特性を満たす本チャンネルフィルタを用いて、対象波を波形整形しながら抽出することで、上記過程で複数の信号に分解された広帯域信号（２Ｂｗ、３Ｂｗ、４Ｂｗ、…）を再度合成する際に、元の広帯域信号を、波形、スペクトラム歪み無く、復元することができる。

つぎに、ディジタル合波装置について説明する。ディジタル合波装置は、ディジタル分波装置によって分波された信号を合波しながら、複数のエリアに同時送信する。図７は、本実施の形態にかかるディジタル合波装置の構成例を示す図である。本実施の形態におけるディジタル合波装置は、ディジタル分波装置によって分波された信号を合波しながら、最大４つのエリアに対して信号（♯１，♯２，♯３，♯４）を同時送信するものである。ディジタル分波装置同様、ディジタル合波装置は３ステージ（ｓｔａｇｅ＝３）の構成であり、最大８（＝２³）波の合波を実現する。なお、本実施の形態では、４つのエリアへの信号を送信する場合について説明するが、エリア数は４つ以外でも適用可能である。同様に、ｓｔａｇｅ＝４以上の場合においても適用可能である。

図７において、ディジタル合波装置は、再生系スイッチマトリックス部１８と、信号の符号化・復調処理を行う符号化変調部３１と、符号化・復調された信号を、各ステージの送信ローパスフィルタ周波数変換部の入力に振り分けるセレクタ部３２と、非再生系スイッチマトリックス部１５と、フィルタバンク制御部１３と、クロック制御信号に基づいて各構成へクロックの供給を行う送信クロック供給部３３と、非再生系スイッチマトリックス部１５または再生系スイッチマトリックス部１８からの信号を合波しながら、最大４つのエリア（♯１，♯２，♯３，♯４）に同時送信するディジタル合波部３４と、エリア♯１へのデータをディジタル／アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換部３５−１と、エリア♯２へのデータをディジタル／アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換部３５−２と、エリア♯３へのデータをディジタル／アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換部３５−３と、エリア♯４へのデータをディジタル／アナログ変換して出力するＤ／Ａ変換部３５−４と、を備える。

ディジタル合波部３４は、非再生系スイッチマトリックス部１５からの出力信号またはセレクタ部３２によって振り分けられた信号に対してフィルタ処理を行う送信チャンネルフィルタ部３０１〜３０８と、サンプリングレートを入力データ速度の２倍に補間後、周波数変換して出力する送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４と、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４のうち隣り合う帯域の２つの送信ローパスフィルタ周波数変換部からの出力信号を加算する加算器３３１〜３３７と、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１９〜３２４および加算器３３７の各出力を入力し、必要に応じて、補間処理を実施した上で選択、周波数変換して、後段のＤ／Ａ変換部３５−１〜３５−４に配信する合波信号選択配信部３４０と、を備える。

入力した２^N波（Ｎ＝ｓｔａｇｅ数：Ｎは１以上の自然数）の信号を合波する場合、図７に示すトーナメント（ツリー）形式では、送信ローパスフィルタ周波数変換部の数は、Ｍ段目（１≦Ｍ≦Ｎ）には２^(N-M+1)個必要であり、ディジタル分波部３４全体で２^N+1−２個必要となる。また、送信チャンネルフィルタ部は、ディジタル合波部３４全体で２^N個必要となる。また、加算器は、ディジタル合波部３４全体で２^N−１個必要となる。

図８は、合波信号選択配信部３４０の構成例を示す図である。合波信号選択配信部３４０は、フィルタバンク制御部１３から入力される制御信号に基づいて、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１９〜３２４および加算器３３７の各出力から最大４つを選択し、出力ポート（計４箇所）に振り分ける合波部配信用スイッチ部５０１と、入力サンプリング速度を２倍に補間して出力する２倍補間フィルタ部５０２、５０３と、フィルタバンク制御部１３から入力される制御信号に基づいて、２倍補間フィルタ部５０２、５０３の出力と分波部配信用スイッチ部５０１の各出力を選択し、各エリア向けの出力ポート（計４箇所）から１以上の信号を出力する信号選択スイッチ部５０４と、エリア♯１への信号を周波数変換して出力する周波数変換部５０５と、エリア♯２への信号を周波数変換して出力する周波数変換部５０６と、エリア♯３への信号を周波数変換して出力する周波数変換部５０７と、エリア♯４への信号を周波数変換して出力する周波数変換部５０８と、を備える。なお、上記エリアの番号は、一例として、分波側のエリアと同一番号としたが、これに限定するものではない。例えば、別のエリア（♯５，♯６，♯７，♯８等）へ送信してもよい。

ディジタル分波装置と同等、フィルタバンク制御部１３は、受信チャンネル情報に基づいて、送信クロック供給部３３に対する各構成へのクロックの供給を制御するためのクロック制御信号、非再生系スイッチマトリックス部１５に対する経路を設定する経路設定信号、および、合波信号選択配信部３４０に対する経路の選択および切り替えを行うための制御信号を生成する。

本実施の形態では、前記のとおり、ディジタル分波装置とディジタル合波装置を組み合わせることで、複数のエリアから入力した信号を複数のエリアへ出力することを可能とするが、どのエリアから入力した信号をどのエリアへ出力するかは、あらかじめ決められている。また、前記受信チャンネル情報には、どのエリアから入力した信号がどのエリアへ出力されるかを示す情報が含まれている。そのため、トーナメント（ツリー）形式の構成をとるディジタル合波部３４内で、あるエリアから入力した信号が、どのような経路を通過するか（合波信号選択配信部３４０がどの送信ローパスフィルタ周波数変換部から信号を入力するか）を特定できるので、フィルタバンク制御部１３が、制御信号によって各信号の流れを制御することができる。

例えば、フィルタバンク制御部１３は、受信チャンネル情報に基づいて、合波信号選択配信部３４０が信号を入力する送信ローパスフィルタ周波数変換部を決定し、当該送信ローパスフィルタ周波数変換部からの信号が合波信号選択配信部３４０へ入力されるように、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１９〜３２４および合波信号選択配信部３４０の経路を制御することができる。

図９は、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４の構成例を示す図である。フィルタのタップ数を１９タップとした場合の構成である。送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４は、入力データ（実数、虚数）を、２倍にアップサンプル（＝各入力データの間にゼロを１つずつ挿入）するアップサンプラ部２５と、ローパスフィルタ部（同相側）２２と、ローパスフィルタ部（直交側）２３と、周波数変換部２１と、を備える。ローパスフィルタ部（同相側）２２、ローパスフィルタ部（直交側）２３、および周波数変換部２１の構成は、それぞれ図３におけるローパスフィルタ部（同相側）２２、ローパスフィルタ部（直交側）２３、および周波数変換部２１の構成と同様である。なお、本送信ローパスフィルタ部も、受信側と同様、ハーフバンドフィルタで構成しても良い。

ここで、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４の処理について説明する。図１０は、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４の処理を示す図である。送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４は、入力信号のサンプリング速度（＝０．５ｆ_samp）を、２倍（＝１．０ｆ_samp）に補間しながら、入力信号の中心周波数を（±０．１２５ｆ_samp）のいずれかにオフセットする。

例えば、入力ベースバンド信号（図１０（１））は、アップサンプラ部２５で、入力の２倍の速度にアップサンプルされ（図１０（２））、ローパスフィルタ部２２、２３でイメージ成分を除去後（図１０（３））、周波数変換部２１で＋０．１２５ｆ_samp周波数にオフセットされる（図１０（４））。同様に、アップサンプラ部２５、ローパスフィルタ部２２、２３を通した後、周波数変換部２１で、入力ベースバンド信号を−０．１２５ｆ_samp周波数にオフセットすることも出来る。

図１１は、周波数軸上における２合波処理を示す図である。…→周波数変換→加算→アップサンプル→ローパスフィルタ→…、の流れを示すものである。本実施の形態の合波処理では、このような「アップサンプル→ローパスフィルタ→周波数変換」後、他の信号の加算処理が加わり、「アップサンプル→ローパスフィルタ→周波数変換→加算→アップサンプル→ローパスフィルタ→周波数変換→加算…」の処理を、アップサンプル後のサンプリング速度が、Ｄ／Ａ変換部３５のサンプリング速度に到達するまで繰り返す。２つの信号を加算する際に、一方を＋０．１２５ｆ_samp周波数にオフセット、もう一方を−０．１２５ｆ_samp周波数にオフセットさせることで、２つの信号が周波数軸上で重なることはない。１回（１サイクル）の合波処理そのものは既存の方法と同等のため、詳細な説明は省略する。

つづいて、具体的に、前記ディジタル分波装置および前記ディジタル合波装置を備える中継装置が、中継処理を行う際の分波処理および合波処理について説明する。最初に、基本動作として、１つのエリアからの信号を、１つのエリアへ中継する一連の動作について説明し、その後、複数のエリアからの信号を複数のエリアへ中継する動作について説明する。

図１２は、分波／合波処理を示す図である。基本動作として、１つのエリア（エリア♯１）からの各信号を、周波数配置を並び替えながら、別の１つのエリア（エリア♯３）へ中継する一連の動作について説明する。図１２（ａ）は、エリア♯１からの信号スペクトラムを示している。図１２（ａ）に示す通り、エリア♯１からの信号には、異なる帯域の信号Ａ〜Ｄが存在する。信号Ａ、Ｄの帯域は最小信号帯域幅（Ｂｗ）であり、最小チャンネル幅（Ｆｃ）に収まる。信号Ｃの帯域は２Ｂｗ、信号Ｂの帯域は３Ｂｗ、また信号Ｂと信号Ｃとの間には、最小チャンネル幅（Ｆｃ）分の未使用領域が存在しており、未使用領域含め、システム帯域幅としては計８Ｆｃとなる。ここでは、１つのエリア（エリア♯１）からの総信号帯域幅が、システム帯域幅８Ｆｃのほとんどを占める７Ｆｃとし、他のエリア（♯２〜♯４）からの信号は存在しない場合について説明する。

まず、Ａ／Ｄ変換部１１−１は、エリア♯１からの信号（図１２（ａ））を、サンプリング速度１６Ｆｃでサンプリングする。その他のＡ／Ｄ変換部１１−２、１１−３、１１−４は信号が入力されないため、サンプリングは必須ではなく、低消費電力化のために、フィルタバンク制御部１３からのクロック制御信号により、Ａ／Ｄのサンプリングクロックを停止させても良い。なお、実際には、各アンテナで受信した無線信号を、無線周波数からベースバンドに変換するアナログダウンコンバータを介して各Ａ／Ｄ変換部に入力する。

つぎに、分波信号選択配信部１３０において、周波数変換部４０１は、１つのエリアからの信号を、１つのエリアへ中継する場合、特に変換を行わずに、Ａ／Ｄ変換部１１−１からの信号を後段の信号選択スイッチ部４０５へ出力する。なお、中心周波数の補正等、必要に応じて周波数変換を実施しても良い。

信号選択スイッチ部４０５は、エリア♯１から受け取った信号を入力端子（１）から出力端子（５）または（６）へ出力する。

分波部配信用スイッチ部４０８は、信号選択スイッチ部４０５から受け取った信号を出力ポートａから出力する。

このような一連のスイッチの切り替えは、フィルタバンク制御部１３から入力される制御信号によって制御されている。フィルタバンク制御部１３は、エリア♯１から受信した信号から推定された受信チャンネル情報に基づいて、制御信号を生成する。分波信号選択配信部１３０は、フィルタバンク制御部１３からの制御信号に基づいて、エリア♯１からの信号をポートａから出力することができる。

ポートａから出力されるエリア♯１からの信号は、セレクタ部１３１を経由して周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１に入力され、セレクタ部１３２を経由して周波数変換受信ローパスフィルタ部１０２に入力される。なお、図１では信号線の接続を省略しているが、セレクタ部１３１、１３２にもフィルタバンク制御部１３からの制御信号が入力されている。セレクタ部１３１、１３２も同様に、当該制御信号に基づいて、出力する信号を切り替える。

つぎに、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１は「未使用領域、信号Ｃ、信号Ｄ」を、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０２は「信号Ａ、信号Ｂ」を、それぞれ、図４に示す動作に則り抽出する。

同様に、以降の周波数変換受信ローパスフィルタ部１０３〜１１４が、２分波をベースとした段階的な信号分離を行う。この分波フィルタの分離領域を図１２（ｂ）に示す（１）〜（８）（計８領域）とすると、各周波数変換受信ローパスフィルタ部で抽出する対象領域は、図１３で示される。図１３は、各周波数変換受信ローパスフィルタ部の抽出対象領域を示す図である。図１３は、ステージと、周波数変換受信ローパスフィルタ部と、抽出領域と、から構成される。各ステージの周波数変換受信ローパスフィルタ部が受け持つ抽出領域を示すものである。

図１３からも明らかなように、ステージ数の増加に伴い、抽出領域を２分割していくトーナメント（ツリー）形式で、分波処理が施される。実際には、図１３に示す各抽出領域の左右の信号成分も一部抽出されるため、受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８が、ステージ３の周波数変換受信ローパスフィルタ部１０７〜１１４の信号を、前記した振幅対周波数特性（Ａ（ｆ））で波形整形しながら、所望の領域だけ抽出する。図１２（ｃ）に受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８抽出後の信号スペクトラムを示す。図１２（ｃ）から明らかなように、信号Ｂは３つに分離（（２）、（３）、（４））、信号Ｃは２つに分離（（６）、（７））される。

なお、ステージ通過ごとに、信号を２分岐するがサンプリング速度も１／２に低減される性質から、ステージ単位で周波数変換受信ローパスフィルタ部を時分割動作させることができる。この場合、周波数変換受信ローパスフィルタ部は、ステージ数分の個数（本実施の形態では３個）で構成可能となる。

つぎに、中継処理における合波処理について説明する。非再生系スイッチマトリックス部１５は、受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８抽出後の信号を入力し、その内の一部、あるいは全てを選択し、周波数方向の並びを替えて出力する。図１２（ｄ）の例では、非再生系スイッチマトリックス部１５は、信号Ａに相当する（１）、信号Ｂに相当する（２）、（３）、（４）、信号Ｃに相当する（６）、（７）、信号Ｄに相当する（８）の領域の信号を選択し、（１）→（７）、（２）→（４）、（３）→（５）、（４）→（６）、（６）→（２）、（７）→（３）、（８）→（１）に並び替えて出力する。また、それ以外の余った出力領域（８）には、信号を入力しない。非再生系スイッチマトリックス部１５のこのような動作は、フィルタバンク制御部１３が制御する。

フィルタバンク制御部１３は、別回線により地上局から取得した、受信信号（エリア♯１から受信した信号）から推定された受信チャンネル情報に基づいて、受信クロック供給部１４および送信クロック供給部３３へクロック制御信号を、非再生系スイッチマトリックス部１５へ経路設定信号を、分波信号選択配信部１３０、合波信号選択配信部３４０等への制御信号を、それぞれ出力する。

図７に示す送信チャンネルフィルタ部３０１〜３０８は、ディジタル分波部１２内に、受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８を実装しない場合に必要となり、受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８と同じ周波数特性により、信号の波形整形と抽出を行う。すなわち、信号を中継する過程において、チャンネルフィルタの位置は、ディジタル分波部１２内でも、ディジタル合波部３４内でもどちらでも構わない。

また、回路規模を削減する方策として、ディジタル分波部１２の受信チャンネルフィルタ部１２１〜１２８と、ディジタル合波部３４の送信チャンネルフィルタ部３０１〜３０８の両方を使い、両方の周波数特性の積が、前記Ａ（ｆ）（例えば、式（１）〜（３）の特性）となるように構成しても良い。この場合、目標とする減衰特性を１つのチャンネルフィルタで実現する場合の所要タップ数Ｍ（段）に対して、２つのチャンネルフィルタを使って実現する場合の所要タップ数２ｍ（段）の方が小さくなるため（Ｍ＞２ｍ）、回路規模の削減効果が得られる。

つぎに、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４と加算器３３１〜３３７によって、合波処理が、図１０に示す動作に則り段階的に行われる。

この合波における各信号領域を図１２（ｄ）に示す（１）〜（８）（計８領域）とすると、各送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４と各加算器３３１〜３３７が合波する対象領域は、図１４で示される。図１４は、各送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４と各加算器３３１〜３３７の合波対象領域を示す図である。図１４は、ステージと、送信ローパスフィルタ周波数変換部と、加算器と、合波対象領域と、から構成される。各ステージの送信ローパスフィルタ周波数変換部および加算器が受け持つ合波対象領域を示すものである。なお、合波処理では、Ｄ／Ａ変換部３５−１〜３５−４に近い方（下流側）から、ステージ１、ステージ２、ステージ３としている。

図１４からも明らかなように、ステージ数の減少に伴い、合波領域を２倍に拡張していくトーナメント（ツリー）形式で、合波処理が施される。

図１２（ｅ）に、加算器３３７の出力信号スペクトラムを示す。例えば、信号Ｄの成分（１）は送信ローパスフィルタ周波数変換部３１８を、信号Ｃの片方の成分（２）は送信ローパスフィルタ周波数変換部３１７をそれぞれ通過後、加算器３３４で合成され、送信ローパスフィルタ周波数変換部３２２に入力される。一方、信号Ｃのもう片方の成分（３）は、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１６、加算器３３３、送信ローパスフィルタ周波数変換部３２１を通過後、送信ローパスフィルタ周波数変換部３２２の出力と加算器３３６において加算することで、信号Ｃが復元されながら、２つの信号の合波信号と信号Ｂの一部が生成される。信号Ａ、信号Ｂも同様に段階的に復元されながら、最後に送信ローパスフィルタ周波数変換部３２４、加算器３３７を通過することで、図１２（ｅ）に示す出力信号スペクトラムが生成される。図１２（ａ）と比較すると、各信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの信号配置が｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝から、未使用領域なく詰められた状態で｛Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａ｝に並び替えられていることが判る。

つぎに、合波信号選択配信部３４０は、ポートａ’から入力される加算器３３７の出力信号を、合波部配信用スイッチ部５０１を経由して、信号選択スイッチ部５０４の入力ポート（１）または（２）に接続する。

信号選択スイッチ部５０４は、本信号をエリア♯３へ出力するため、入力ポート（１）または（２）から出力ポート（７）に接続し、周波数変換部５０７に出力する。周波数変換部５０７は、１つのエリアからの信号を、１つのエリアへ中継する場合、特に変換を行わずに出力する。なお中心周波数の補正等、必要に応じて周波数変換を実施しても良い。

このような一連のスイッチの接続は、分波側と同様、フィルタバンク制御部１３から入力される制御信号によって制御されている。合波信号選択配信部３４０は、フィルタバンク制御部１３からの制御信号に基づいて、ポートａ’からの信号をエリア♯３用のＤ／Ａ変換部３５−３へ出力することができる。

その後、Ｄ／Ａ変換部３５−３は、合波信号選択配信部３４０から出力される合波信号をディジタルアナログ変換して、エリア♯３へ向けて出力する。その他のＤ／Ａ変換部３５−１、３５−２、３５−４は、信号が出力されないため、サンプリングは必須ではなく、低消費電力化のために、フィルタバンク制御部１３からのクロック制御信号により、Ｄ／Ａのサンプリングクロックを停止させても良い。なお、実際には、無線周波数に変換するアナログアップコンバータを介して出力される。

上記処理により、ディジタル分波装置およびディジタル合波装置を備える中継装置では、エリア♯１からの信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを、周波数方向で並び替えてエリア♯３に中継することができる。

つぎに、複数のエリアからの信号を複数のエリアへ中継する動作について説明する。具体的に、エリア♯１の信号Ａをエリア♯４へ、エリア♯２の信号Ｂもエリア♯４へ、エリア♯３の信号Ｃをエリア♯１へ、エリア♯４の信号Ｄをエリア♯３へ中継する場合について説明する。

まず、分波処理について説明する。図１５は、複数エリア間中継時の分波処理を示す図である。図１５（ａ）に、エリア♯１〜エリア♯４から受信される各信号スペクトラムを示す。ここでは、エリア♯１から信号Ａ、エリア♯２から信号Ｂ、エリア♯３から信号Ｃ、エリア♯４から信号Ｄが入力される。いずれのエリアからの信号もシステム帯域（８Ｆｃ）の一部分の帯域（Ｆｃ〜２Ｆｃ）を占有している場合である。このようにシステム帯域の一部の信号が複数到来するケースは、各エリアが近接している場合に発生する。すなわち、エリア間の同一周波数干渉を避けるために、各エリアで使用する周波数を分割して使用するケースである。また、図１５（ａ）は一例であり、エリア毎のトラフィック変動によって、各エリアの占有周波数帯域も変化していくが、上記同一周波数干渉を避けるため、各エリアで使用する帯域幅の合計は、ほぼシステム帯域と一致する。

従来のディジタル分波装置では、受信する信号帯域がシステム帯域の一部であっても、上記トラヒック変動にも対応するために、エリア毎に分波回路を設けていた。したがって、エリア数が増加すると、それに伴って分波回路も増加し、回路規模の増加につながっていた。これに対して、本実施の形態のディジタル分波装置は、１つの装置で４つのエリアに対応できるため、回路規模を約１／４に削減することができる。

まず、ディジタル分波装置は、Ａ／Ｄ変換部１１−１でサンプリングされたエリア♯１からの信号Ａを、周波数変換部４０１で中心周波数を変換せずに、信号選択スイッチ部４０５を経由して、１／２間引きフィルタ部４０６に入力し、サンプリング速度を１６Ｆｃから８Ｆｃに落とす。１／２間引きフィルタ部４０６は、回路規模が少ないハーフバンドフィルタを用いてもよい。その後、ディジタル分波装置は、信号Ａを、分波部配信用スイッチ部４０８、セレクタ部１３６を介して、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０６に入力する。上記処理により、ディジタル分波装置は、エリア♯１の信号Ａの分波を、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０６、１１４、および受信チャンネルフィルタ部１２８を用いて実現することができる。

同様に、ディジタル分波装置は、Ａ／Ｄ変換部１１−４でサンプリングされたエリア♯４からの信号Ｄを、周波数変換部４０４で中心周波数を変換せずに、信号選択スイッチ部４０５を経由して、１／２間引きフィルタ部４０７に入力し、サンプリング速度を１６Ｆｃから８Ｆｃに落とす。１／２間引きフィルタ部４０６同様、１／２間引きフィルタ部４０７は、回路規模が少ないハーフバンドフィルタを用いてもよい。その後、ディジタル分波装置は、信号Ｄを、分波部配信用スイッチ部４０８、セレクタ部１３３を介して、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０３に入力する。上記処理により、ディジタル分波装置は、エリア♯４の信号Ｄの分波を周波数変換受信ローパスフィルタ部１０３、１０７、および受信チャンネルフィルタ部１２１を用いて実現することができる。

また、ディジタル分波装置は、Ａ／Ｄ変換部１１−２でサンプリングされたエリア♯２からの信号Ｂを、周波数変換部４０２で中心周波数を−１．０Ｆｃに変換後（図１５（ｂ））、信号選択スイッチ部４０５、分波部配信用スイッチ部４０８、セレクタ部１３２を経由して、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０２に入力する。上記処理により、ディジタル分波装置は、エリア♯２の信号Ｂの分波を周波数変換受信ローパスフィルタ部１０２、１０５、１１１、１１２、および受信チャンネルフィルタ部１２５、１２６を用いて実現することができる。

同様に、ディジタル分波装置は、Ａ／Ｄ変換部１１−３でサンプリングされたエリア♯３からの信号Ｃを、周波数変換部４０３で中心周波数を＋１．０Ｆｃに変換後（図１５（ｂ））、信号選択スイッチ部４０５、分波部配信用スイッチ部４０８、セレクタ部１３１を経由して、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１に入力する。上記処理により、ディジタル分波装置は、エリア♯３の信号Ｃの分波を周波数変換受信ローパスフィルタ部１０１、１０４、１０９、１１０、および受信チャンネルフィルタ部１２３、１２４を用いて実現することができる。

このような一連のスイッチの切り替えは、フィルタバンク制御部１３から入力される制御信号によって制御されている。フィルタバンク制御部１３は、エリア♯１〜♯４から受信した信号から推定された受信チャンネル情報に基づいて、制御信号を生成する。

上記処理から明らかなように、各周波数変換部４０１〜４０４は、分波を構成するツリーの途中から信号の分波処理が実現できるように、受信信号のスペクトラム位置を補正するために必要な機能である。また、各１／２間引きフィルタ部４０６、４０７は、分波を構成するツリーの途中から信号を接続できるように、サンプリング速度を揃える（下げる）ために必要な機能である。

各エリアからの信号が、システム帯域の一部である場合、ディジタル分波装置は、上記処理を実施することにより、各エリアからの信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを１つの装置で一括して分波することが出来る。上記処理による分波後の各信号を、図１５（ｃ）、（ｄ）に示す。

つぎに、合波処理について説明する。図１６は、複数エリア間中継時の合波処理を示す図である。非再生系スイッチマトリックス部１５は、図１６（ａ）に示すように分波後の信号をスイッチングする。以降、スイッチング後の各信号に対して、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１〜３２４と加算器３３１〜３３７によって、図１０に示す動作に則り合波処理が段階的に行われていくが、前記１つのエリアへの送信動作と異なる点は、合波の過程の各信号を必要に応じて抜き出し、合波信号選択配信部３４０の処理を介して、各エリアへ送信する点である。

すなわち、従来のディジタル合波装置では、送信する信号帯域がシステム帯域の一部であって、エリア毎に合波回路を設けていた。そのため、エリア数が増加すると、それに伴って合波回路も増加し、回路規模の増加につながっていた。これに対して、本実施の形態のディジタル合波装置は、１つの装置で４つのエリアに対応できるため、回路規模を約１／４に削減できる。

まず、ディジタル合波装置では、スイッチングされた信号Ｄを、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１７、加算器３３４、送信ローパスフィルタ周波数変換部３２２を経由して、合波信号選択配信部３４０に入力する。なお、図７では省略しているが、信号Ｄは加算器３３６には入力されないような接続制御が行われる。例えば、各送信ローパスフィルタ周波数変換部が、フィルタバンク制御部１３の制御に基づいて出力先を切り替えるようにしてもよい。また、セレクタ部を備え、セレクタ部が、フィルタバンク制御部１３の制御に基づいて出力先を切り替えるようにしてもよいが、これに限定するものではない。

その後、合波信号選択配信部３４０では、信号Ｄを、合波部配信用スイッチ部５０１を経由して、２倍補間フィルタ部５０２（または５０３）に入力し、サンプリング速度を８Ｆｃから１６Ｆｃに上げる。図１６（ｂ）に２倍補間後の信号Ｄ（周波数変換前）のスペクトラムを示す。２倍補間フィルタ部５０２（または５０３）は、２倍補間後の信号Ｄを、信号選択スイッチ部５０４を経由して、周波数変換部５０７に入力する。周波数変換部５０７は、信号Ｄを図１６（ｂ）に示す矢印（→）の方向に周波数変換後、図１６（ｃ）に示すエリア♯３の信号として出力する。

同様に、ディジタル合波装置では、スイッチングされた信号Ｃを、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１５、３１６、加算器３３３で信号を復元後、送信ローパスフィルタ周波数変換部３２１、加算器３３６、送信ローパスフィルタ周波数変換部３２４を経由して、合波信号選択配信部３４０に入力する。前述の様に、図７では省略しているが、信号Ｃは加算器３３７には入力されないような接続制御が行われる。各送信ローパスフィルタ周波数変換部、または、図示しないセレクタ部が、フィルタバンク制御部１３の制御に基づいて出力先を切り替えるようにしてもよいが、これに限定するものではない。

その後、合波信号選択配信部３４０では、信号Ｃを、合波部配信用スイッチ部５０１、信号選択スイッチ部５０４を経由して、周波数変換部５０５に入力する。図１６（ｂ）に信号Ｃ（周波数変換前）のスペクトラムを示す。周波数変換部５０５は、信号Ｃを図１６（ｂ）に示す矢印（→）の方向に周波数変換後、図１６（ｃ）に示すエリア♯１の信号として出力する。

一方、ディジタル合波装置は、スイッチングされた信号Ａ、Ｂは、いずれも同一エリア（♯４）宛であるため、一括して扱う。はじめに、ディジタル合波装置は、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１，３１２、加算器３３１で信号Ａと信号Ｂの一部を合成する。さらに、ディジタル合波装置は、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１９、加算器３３５で、別のパス（送信ローパスフィルタ周波数変換部３１３→加算器３３２→送信ローパスフィルタ周波数変換部３２０）からの信号と先に合成した信号との合成を行い、信号Ａ＋Ｂを生成する。ディジタル合波装置では、信号Ａ＋Ｂを、送信ローパスフィルタ周波数変換部３２３を経由して、合波信号選択配信部３４０に入力する。前述の様に、図７では省略しているが、信号Ａ＋Ｂは加算器３３７には入力されないような接続制御が行われる。各送信ローパスフィルタ周波数変換部、または、図示しないセレクタ部が、フィルタバンク制御部１３の制御に基づいて出力先を切り替えるようにしてもよいが、これに限定するものではない。

その後、合波信号選択配信部３４０では、信号Ａ＋Ｂを、合波部配信用スイッチ部５０１、信号選択スイッチ部５０４を経由して、周波数変換部５０８に入力する。この場合、周波数変換部５０８入力前の信号Ａ＋Ｂの周波数位置は、本来エリア♯４に送信する周波数位置と一致する関係となるため、周波数変換部５０８は、信号Ａ＋Ｂを周波数変換せずにエリア♯４の信号として出力する（図１６（ｃ））。

上記処理から明らかなように、各周波数変換部５０５〜５０８は、合波過程で生成される信号のスペクトラム位置が本来送信したいスペクトラム位置と異なる場合に、本来送信したいスペクトラム位置への送信を実現するように周波数変換を行う機能である。また、２倍補間フィルタ部５０２、５０３は、合波を構成するツリーの途中から信号を抜き出して、Ｄ／Ａ変換する際に、サンプリング速度を揃える（上げる）ために必要な機能である。

各エリアへの送信信号が、システム帯域の一部である場合、ディジタル合波装置は、上記処理を実施することにより、各エリアへの送信信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを１つのディジタル合波装置で一括して合波、送信することが出来る。

このように、本実施の形態におけるディジタル分波装置、ディジタル合波装置は、１エリア対１エリア間の中継の他、複数エリア対複数エリア間の中継についても、各スイッチ制御により自在に対応することができる。また、各エリアで使用する信号帯域がシステム帯域の一部の場合には、１つのディジタル分波装置、１つのディジタル合波装置で複数エリアに対応できるため、回路規模を低減することができる。

なお、分波信号選択配信部１３０および合波信号選択配信部３４０の接続先を、それぞれ、Ｓｔａｇｅ１〜２の各周波数変換受信ローパスフィルタ部、送信ローパスフィルタ周波数変換部としたが、これに限定するものではなく、接続先の範囲をＳｔａｇｅ３まで広げてもよい。この場合、分波信号選択配信部１３０では、信号選択スイッチ部４０５と分波部配信用スイッチ部４０８の間に、１／２間引きフィルタ部４０６、４０７の他、複数の１／４間引きフィルタ部を追加する必要がある。同様に、合波信号選択配信部３４０では、合波部配信用スイッチ部５０１と信号選択スイッチ部５０４の間に、２倍補間フィルタ部５０２、５０３の他、複数の４倍補間フィルタ部を追加する必要がある。

１／４間引きフィルタ部を使用する場合、１／２間引きフィルタ部を使用する場合よりも、さらにダウンサンプリングされることになる。また、４倍補間フィルタ部を使用する場合、２倍補間フィルタ部を使用する場合よりも、さらにアップサンプリングされることになる。すなわち、分波信号選択配信部１３０では、信号の出力先となる周波数変換受信ローパスフィルタ部の配置位置によって、合波信号選択配信部３４０では、信号の入力元となる送信ローパスフィルタ周波数変換部の配置位置によって、サンプリングの大きさを変えている。

このように、接続先の範囲をＳｔａｇｅ３まで広げた場合、分波信号選択配信部１３０および合波信号選択配信部３４０の回路規模は若干増加するが、さらに、１つのディジタル分波装置、１つのディジタル合波装置で対応可能なエリア数や対応可能な条件を増やすことができる、という効果が得られる。

例えば、図１５（ａ）のエリア♯２からの信号Ｂの帯域幅（２Ｆｃ）が３Ｆｃに広がる場合（中心周波数は−１．５Ｆｃ）、図１に示すディジタル分波装置では、エリア♯１からの信号Ａを処理する周波数変換受信ローパスフィルタ部１０６が、エリア♯２からの信号Ｂを分波する処理に使用されるため、エリア♯１からの信号Ａには対応出来なくなる。

これに対して、接続先の範囲をＳｔａｇｅ３まで広げたディジタル分波装置では、エリア♯１からの信号Ａを周波数変換受信ローパスフィルタ部１０６を介さず、直接周波数変換受信ローパスフィルタ部１１４に接続することができるため、信号Ｂの帯域幅（２Ｆｃ）が３Ｆｃに広がる場合でも、同時にエリア♯１からの信号Ａも処理することが可能となる。

また、上記同様の効果を、基本回路に予備のツリー構成を追加することでも実現することができる。例えば、ディジタル分波装置において、ディジタル分波部１２は、セレクタ部１３３、周波数変換受信ローパスフィルタ部１０３、１０７、１０８、受信チャンネルフィルタ部１２１、１２２で構成されるツリーを、もう一式予備として備える。そして、ディジタル分波部１２は、通常の分波では基本回路（図１参照）で対応し、基本回路では対応できない分波が発生した場合に、分波信号選択配信部１３０から上記予備のツリー構成に信号を入力する処理を行う。予備のツリー構成を用いるかどうかは、通常時と同様、制御信号によって制御される。

同様に、ディジタル合波装置において、ディジタル合波部３４は、送信チャンネルフィルタ部３０１、３０２、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１１、３１２、加算器３３１、送信ローパスフィルタ周波数変換部３１９で構成されるツリーを、もう一式予備として備える。そして、ディジタル合波部３４は、通常の合波では基本回路（図７参照）の構成で対応し、基本回路では対応できない合波が発生した場合に、合波信号選択配信部３４０は、上記予備のツリー構成を用いて合波された信号を入力する処理を行う。予備のツリー構成を用いるかどうかは、通常時と同様、制御信号によって制御される。

なお、エリア数を４、Ｓｔａｇｅ＝３の構成について説明したが、これらの値に限定されるものではなく、適用する中継システムの要求値に応じて、エリア数、Ｓｔａｇｅ数を設定することができる。

また、分波後の信号を復調しないで中継する動作について説明したが、信号を復調して中継する再生系中継の場合にも適用可能である。例えば、図１に示すように、セレクタ部１６で分波過程の信号から再生中継用の信号を選択し、復調復号部１７で復調・復号処理を実施するだけで、複数の異なる帯域信号に対する復調・復号を容易に実現することができる。また、再生系スイッチマトリックス部１８で、経路設定された複数のレートの復調・復号データを再変調する場合には、図７に示すように、セレクタ部３２において、符号化変調部３１で符号化・変調された信号を各ステージの送信ローパスフィルタ周波数変換部の入力に振り分けるだけで、複数の異なる帯域信号に対する合波を容易に実現することができる。この一連の処理により、複数の異なる帯域信号に対する再生系中継も、容易に実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、ディジタル分波装置が、１つのツリーで構成される基本回路に、複数のエリアからの信号を入力し、ツリーの途中の構成段へ信号の配信が可能な分波信号選択配信部を備え、当該分波信号選択配信部が複数の信号をツリーの途中の各構成段へ配信することにより、複数のエリアからの信号を同時に分波できることとした。これにより、回路規模や演算処理数を低減しつつ、複数のエリアからの信号を同時に分波することができる。

また、ディジタル合波装置が、１つのツリーで構成される基本回路に、ツリーの途中の構成段から信号を入力し、複数のエリアへの信号の出力が可能な合波信号選択配信部を備え、当該合波信号選択配信部が複数の信号をツリーの途中の各構成段から入力することにより、複数のエリアへの信号を同時に合波、送信できることとした。これにより、回路規模や演算処理数を低減しつつ、複数のエリアへの信号を同時に合波、送信することができる。

なお、具体例として、中継装置にディジタル分波装置およびディジタル合波装置を搭載した場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、各ディジタル分波装置、ディジタル合波装置、またはいずれか一方の装置を搭載した無線通信装置への適用も可能である。また、２つの装置を搭載した複数の無線通信装置によって構成される無線通信システム、または、ディジタル分波装置を搭載した無線通信装置およびディジタル合波装置を搭載した無線通信装置によって構成される無線通信システムへの適用も可能である。

以上のように、本発明にかかる分波装置は、無線通信の信号を分波する装置として有用であり、特に、複数のエリアからの信号を同時に分波する場合に適している。

１１−１〜１１−４ Ａ／Ｄ変換部
１２ ディジタル分波部
１３ フィルタバンク制御部
１４ 受信クロック供給部
１５ 非再生系スイッチマトリックス部
１６ セレクタ部
１７ 復調復号部
１８ 再生系スイッチマトリックス部
２１ 周波数変換部
２２ ローパスフィルタ部
２３ ローパスフィルタ部
２４ ダウンサンプラ部
２５ アップサンプラ部
３１ 符号化変調部
３２ セレクタ部
３３ 送信クロック供給部
３４ ディジタル合波部
３５−１〜３５−４ Ｄ／Ａ変換部
１０１〜１１４ 周波数変換受信ローパスフィルタ部
１２１〜１２８ 受信チャンネルフィルタ部
１３０ 分波信号選択配信部
１３１〜１３６ セレクタ部
２１１ ローカル信号生成部
２１２ 複素乗算部
２２１〜２３９ レジスタ部
２４０〜２５０ 乗算器
２５１ 実数加算部
２５２ シフトレジスタ部
３０１〜３０８ 送信チャンネルフィルタ部
３１１〜３２４ 送信ローパスフィルタ周波数変換部
３３１〜３３７ 加算器
３４０ 合波信号選択配信部
４０１〜４０４ 周波数変換部
４０５ 信号選択スイッチ部
４０６、４０７ １／２間引きフィルタ部
４０８ 分波部配信用スイッチ部
５０１ 合波部配信用スイッチ部
５０２、５０３ ２倍補間フィルタ部
５０４ 信号選択スイッチ部
５０５〜５０８ 周波数変換部

Claims (18)

1. 受信信号を２ ^N 波（Ｎは１以上の自然数）に分波可能な分波装置であって、
   １つ以上の受信信号を入力し、信号の出力先を制御するための制御信号に基づいて、入力した各受信信号に対して、信号の出力先および信号の帯域幅に応じて周波数変換処理およびダウンサンプリング処理を行い、当該制御信号によって指定された出力先へ出力する分波信号選択配信手段と、
   入力信号に対して、所望の帯域を通過させるための周波数変換処理およびローパスフィルタ処理を行い、さらに、ダウンサンプリングを行ってサンプリングレートを入力信号のデータ速度の半分にして出力する周波数変換受信ローパスフィルタ手段を２ ^N+l −２個備え、当該周波数変換受信ローパスフィルタ手段をＮ段構成にしたツリー型に配置し、１段目の周波数変換受信ローパスフィルタ手段は前記分波信号選択配信手段からの信号を入力とし、２段目以降の周波数変換受信ローパスフィルタ手段は前段の周波数変換受信ローパスフィルタ手段からの出力信号または前記分波信号選択配信手段からの信号を入力とし、Ｍ段目（１≦Ｍ＜Ｎ）に配置された各周波数変換受信ローパスフィルタ手段の出力信号を次段の２つの周波数変換受信ローパスフィルタ手段へ入力する構成とした受信ローパスフィルタ群と、
   周波数変換受信ローパスフィルタ手段の前段に配置されている場合に、前記制御信号に基づいて、後段の当該周波数変換受信ローパスフィルタ手段へ入力される信号を切り替えるセレクタ手段、を複数備えたセレクタ手段群と、
   を備えることを特徴とする分波装置。
2. 前記分波信号選択配信手段は、出力先となる周波数変換受信ローパスフィルタ手段の前記ツリー型の中での配置位置および信号の帯域幅に基づいて、自身の周波数変換処理における周波数の変換量、および自身のダウンサンプリング処理におけるダウンサンプリングの大きさを変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分波装置。
3. さらに、
   Ｎ段目の２ ^N 個の周波数変換受信ローパスフィルタ手段から出力された信号を入力とし、前記受信信号から推定されるチャネル情報に基づいて生成される経路設定信号に基づいて入力信号の一部または全部を選択し、該選択された入力信号の周波数方向の並び替えを行う非再生系スイッチマトリックス手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の分波装置。
4. さらに、
   前記分波信号選択配信手段からの信号または各周波数変換受信ローパスフィルタ手段の出力信号から再生中継用の信号を選択する再生中継信号セレクタ手段と、
   再生中継用の信号の復調および復号を行う復調復号手段と、
   設定された経路に基づいて復調および復号後の信号を出力する再生系スイッチマトリックス手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の分波装置。
5. 前記周波数変換受信ローパスフィルタ手段を、ハーフバンドフィルタとする、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の分波装置。
6. 前記周波数変換受信ローパスフィルタ手段からの信号を所望の周波数特性で波形整形して出力する受信チャンネルフィルタ手段を２ ^N 個備え、Ｎ段目の２ ^N 個の周波数変換受信ローパスフィルタ手段と１対１で接続するように配置した受信チャンネルフィルタ群を備える、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の分波装置。
7. 入力した２ ^N 波（Ｎは１以上の自然数）の信号を合波する合波装置であって、
   入力信号に対してサンプリングレートを入力信号のデータ速度の２倍に補間するアップサンプリング処理後、所望の帯域を通過させるためのローパスフィルタ処理および周波数変換処理を行って出力する送信ローパスフィルタ周波数変換手段を、２ ^N+1 −２個備え、当該送信ローパスフィルタ周波数変換手段をＮ段構成にしたトーナメント型に配置し、１段目の送信ローパスフィルタ周波数変換手段はそれぞれが２ ^N 波の信号の１つを入力とし、２段目以降の送信ローパスフィルタ周波数変換手段は前段の送信ローパスフィルタ周波数変換手段からの出力信号を入力とし、Ｍ段目（１≦Ｍ＜Ｎ）に配置された各送信ローパスフィルタ周波数変換手段からの出力信号を隣り合う帯域ごとに２つずつ組み合わせて次段の送信ローパスフィルタ周波数変換手段へ入力する構成とした送信ローパスフィルタ群と、
   所望の帯域が隣り合う２つの送信ローパスフィルタ周波数変換手段から出力された信号を加算処理する２ ^N −１個の加算手段と、
   信号の出力先を制御するための制御信号に基づいて、当該制御信号によって指定された１つ以上の送信ローパスフィルタ周波数変換手段から出力された信号を入力し、各入力信号に対して、当該入力信号の出力先および信号の帯域幅に応じてアップサンプリング処理および周波数変換処理を行い、当該制御信号によって指定された１つ以上の出力先へ出力する合波信号選択配信手段と、
   を備え、
   ２ ^N −２個の加算手段は、Ｍ段目（１≦Ｍ＜Ｎ）に配置された各送信ローパスフィルタ周波数変換手段からの出力信号を隣り合う帯域ごとに２つずつ組み合わせて加算処理して次段の送信ローパスフィルタ周波数変換手段へ出力し、他の１個の加算手段は、Ｎ段目に配置された各送信ローパスフィルタ周波数変換手段からの出力信号を加算処理して出力する、
   ことを特徴とする合波装置。
8. 前記合波信号選択配信手段は、入力信号を出力した送信ローパスフィルタ周波数変換手段の前記トーナメント型の中での配置位置および信号の帯域幅に基づいて、自身のアップサンプリング処理におけるアップサンプリングの大きさ、および自身の周波数変換処理における周波数の変換量を変更する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の合波装置。
9. さらに、
   ２ ^N 波に分波前の信号から推定されるチャネル情報に基づいて生成される経路設定信号に基づいて入力信号の一部または全部を選択し、該選択された入力信号の周波数方向の並び替えを行って、前記トーナメント型の１段目の２ ^N 個の送信ローパスフィルタ周波数変換手段へ出力する非再生系スイッチマトリックス手段を備える、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の合波装置。
10. さらに、
    設定された経路に基づいて復調および復号後の信号を出力する再生系スイッチマトリックス手段と、
    前記再生系スイッチマトリックス手段から出力された信号の符号化および変調を行う符号化変調手段と、
    前記符号化および変調された信号を、前記トーナメント型の１段目の２ ^N 個の送信ローパスフィルタ周波数変換手段の入力段、または、前記加算手段の出力段に振り分ける合波側セレクタ手段と、
    を備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の合波装置。
11. 前記送信ローパスフィルタ周波数変換手段を、ハーフバンドフィルタとする、
    ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の合波装置。
12. 入力した信号を所望の周波数特性で波形整形して出力する送信チャンネルフィルタ手段を２ ^N 個備え、１段目の２ ^N 個の送信ローパスフィルタ周波数変換手段と１対１で接続するように配置した送信チャンネルフィルタ群を備える、
    ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１つに記載の合波装置。
13. 請求項３に記載の分波装置と、
    請求項９に記載の合波装置と、
    を備え、
    前記分波装置および前記合波装置において重複する非再生系スイッチマトリックス手段を１つの構成とする、
    ことを特徴とする中継装置。
14. 請求項４に記載の分波装置と、
    請求項１０に記載の合波装置と、
    を備え、
    前記分波装置および前記合波装置において重複する再生系スイッチマトリックス手段を１つの構成とする、
    ことを特徴とする中継装置。
15. 請求項６に記載の分波装置と、
    請求項１２に記載の合波装置と、
    を備え、
    前記分波装置が備える受信チャンネルフィルタ手段、または前記合波装置が備える送信チャンネルフィルタ手段、のいずれか一方を削除する、
    ことを特徴とする中継装置。
16. 前記分波装置が備える周波数変換受信ローパスフィルタ手段、または前記合波装置が備える送信ローパスフィルタ周波数変換手段、のいずれか一方、または両方をハーフバンドフィルタとする、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の中継装置。
17. 請求項１に記載の分波装置と、請求項１２に記載の合波装置とを備える、
    ことを特徴とする中継装置。
18. 請求項６に記載の分波装置と、請求項７に記載の合波装置とを備える、
    ことを特徴とする中継装置。

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